在現(xiàn)代工業(yè)的宏大舞臺上，氬氣這位“隱形衛(wèi)士” 發(fā)揮著不可或缺的關(guān)鍵作用。作為一種無色、無味的惰性氣體，氬氣憑借其獨特的化學(xué)穩(wěn)定性，在眾多工業(yè)領(lǐng)域中扮演著至關(guān)重要的保護角色。

在金屬加工領(lǐng)域，氬氣是當(dāng)之無愧的“守護神”。以焊接工藝為例，無論是不銹鋼、鋁合金等金屬材料的焊接，還是航空航天、汽車制造等高端領(lǐng)域的精密焊接作業(yè)，氬氣都被廣泛用作保護氣體。在焊接過程中，高溫會使金屬迅速氧化，而氬氣能夠在焊接區(qū)域周圍形成一層嚴(yán)密的保護屏障，隔絕空氣中的氧氣和氮氣，有效防止金屬表面氧化，減少氣孔、夾雜物等缺陷的產(chǎn)生，從而..焊接質(zhì)量，提升焊接接頭的強度和耐腐蝕性。在金屬和合金的退火及輥軋工藝中，氬氣同樣不可或缺，它提供的無氧無氮保護環(huán)境，能夠避免金屬在熱處理過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，..金屬材料的性能穩(wěn)定 。

在半導(dǎo)體制造這一高科技領(lǐng)域，氬氣的身影更是無處不在。從芯片制造的光刻、蒸鍍到離子注入等關(guān)鍵工序，氬氣都發(fā)揮著舉足輕重的作用。在光刻過程中，高純度的氬氣用于清洗和干燥芯片表面，..芯片表面一塵不染，為后續(xù)的精密加工奠定基礎(chǔ)；在芯片制造過程中，氬氣作為載體氣體，推動原料氣體參與化學(xué)反應(yīng)，..反應(yīng)穩(wěn)定、..地進(jìn)行；此外，在離子注入工序中，氬氣用于離子激發(fā)和注入過程中的充氣氣體，..控制反應(yīng)的過程和產(chǎn)物，對芯片性能的提升起到了關(guān)鍵作用。

除此之外，氬氣在煉鋼工業(yè)中用于置換氣體或蒸氣，防止工藝流程中的氧化，攪拌鋼水以保持溫度和成分的恒定，幫助去除不需要的可溶氣體；在鋁業(yè)生產(chǎn)中，用于替代空氣或氮氣，在鋁的制造過程中產(chǎn)生惰性氣氛，幫助去除熔鋁中溶解的氫氣和其他顆粒；在照明行業(yè)，氬氣被填充于燈泡中，延長燈絲的使用壽命，提高照明效果。

高耗與浪費：氬氣使用現(xiàn)狀剖析

盡管氬氣在工業(yè)生產(chǎn)中扮演著如此關(guān)鍵的角色，但其使用現(xiàn)狀卻不容樂觀。在當(dāng)今的工業(yè)生產(chǎn)體系中，氬氣的使用量呈現(xiàn)出持續(xù)攀升的態(tài)勢。以金屬加工行業(yè)為例，據(jù)不完全統(tǒng)計，僅在 2022 年，我國金屬加工領(lǐng)域的氬氣消耗量就高達(dá)數(shù)百萬噸。其中，焊接工藝作為金屬加工的重要環(huán)節(jié)，氬氣的消耗尤為顯著，每完成一次大型金屬結(jié)構(gòu)的焊接作業(yè)，往往需要消耗大量的氬氣 。

在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，隨著芯片制造技術(shù)的不斷進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的持續(xù)擴張，對氬氣的需求量也與日俱增。一家中等規(guī)模的半導(dǎo)體制造企業(yè)，每年用于芯片制造過程中的氬氣消耗量可達(dá)數(shù)千立方米。而且，隨著芯片制程工藝的不斷縮小，對氬氣純度的要求越來越高，這進(jìn)一步增加了氬氣的采購和使用成本。

然而，令人擔(dān)憂的是，在氬氣的使用過程中，存在著嚴(yán)重的浪費現(xiàn)象。許多企業(yè)由于技術(shù)水平有限、設(shè)備陳舊老化以及管理不善等原因，未能對氬氣進(jìn)行有效的回收和循環(huán)利用。在一些金屬加工車間，大量未被充分利用的氬氣直接排放到大氣中，不僅造成了資源的極大浪費，也增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本。據(jù)估算，我國每年因氬氣浪費而造成的經(jīng)濟損失高達(dá)數(shù)十億元。

這種高耗與浪費的氬氣使用現(xiàn)狀，不僅對企業(yè)的經(jīng)濟效益產(chǎn)生了負(fù)面影響，也給環(huán)境保護帶來了巨大壓力。氬氣雖然是一種惰性氣體，對大氣環(huán)境本身并無直接的污染危害，但大量的氬氣排放意味著更多的能源消耗和資源浪費。在..倡導(dǎo)綠色低碳發(fā)展的大背景下，如何有效減少氬氣的消耗、提高氬氣的回收利用率，已成為亟待解決的重要問題。

技術(shù)解密：氬氣如何被回收

面對氬氣使用過程中的高消耗與浪費問題，氬氣回收技術(shù)應(yīng)運而生，為解決這一難題提供了有效的途徑。目前，氬氣回收技術(shù)主要包括低溫精餾法、吸附法以及一些新興技術(shù)，它們各自憑借獨特的原理和優(yōu)勢，在氬氣回收領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

低溫精餾法

低溫精餾法是一種廣泛應(yīng)用且技術(shù)相對成熟的氬氣回收方法。其原理基于不同氣體具有不同的沸點這一特性。在低溫精餾過程中，首先將含有氬氣的混合氣體進(jìn)行壓縮和冷卻，使其溫度降至極低水平，達(dá)到液態(tài)空氣的狀態(tài)。在這個低溫環(huán)境下，氬氣、氧氣、氮氣等氣體的沸點差異就成為了分離的關(guān)鍵。氬氣的沸點為 -185.8℃，氧氣的沸點約為 -183.0℃，氮氣的沸點則是 -195.8℃ 。通過逐步升高溫度，利用這些沸點的細(xì)微差別，使混合氣體中的各組分按照沸點從低到高的順序依次蒸發(fā)。在精餾塔中，經(jīng)過多次的氣液交換和分離過程，氮氣首先蒸發(fā)并上升至塔頂，而氧氣則相對較難蒸發(fā)，會在塔底富集。氬氣由于其沸點介于氧氣和氮氣之間，會在精餾塔的特定位置被分離和收集，從而實現(xiàn)與其他雜質(zhì)氣體的有效分離 。

以大型鋼鐵企業(yè)的氬氣回收為例，這些企業(yè)在煉鋼過程中會產(chǎn)生大量含有氬氣的廢氣。通過采用低溫精餾法，企業(yè)能夠?qū)⑦@些廢氣中的氬氣..回收。首先，將廢氣收集起來，經(jīng)過初步的過濾和預(yù)處理后，送入低溫精餾設(shè)備。在低溫精餾塔中，經(jīng)過一系列復(fù)雜的操作和控制，..終成功分離出高純度的氬氣。這些回收的氬氣可以再次投入到煉鋼生產(chǎn)中的保護氣體環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了氬氣的循環(huán)利用，不僅減少了氬氣的采購成本，還降低了對環(huán)境的影響。

吸附法

吸附法是另一種重要的氬氣回收技術(shù)，其核心原理是利用吸附劑對不同氣體的吸附性能差異來實現(xiàn)氬氣的分離。吸附劑通常是具有特殊多孔結(jié)構(gòu)的固體材料，如活性炭、分子篩等。這些吸附劑具有巨大的比表面積和獨特的孔道結(jié)構(gòu)，能夠?qū)怏w分子產(chǎn)生物理吸附或化學(xué)吸附作用。

當(dāng)含有氬氣的混合氣體通過裝有吸附劑的吸附塔時，吸附劑會優(yōu)先吸附混合氣中的雜質(zhì)氣體，如水分、二氧化碳、氧氣等。由于氬氣的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易被吸附劑吸附，因此能夠相對順利地通過吸附塔，從而實現(xiàn)與雜質(zhì)氣體的分離。在吸附過程中，隨著雜質(zhì)氣體不斷被吸附到吸附劑表面，吸附劑的吸附能力會逐漸飽和。此時，需要對吸附劑進(jìn)行再生處理，使其恢復(fù)吸附性能，以便繼續(xù)進(jìn)行吸附分離工作。常見的再生方法包括升溫解吸、降壓解吸等。通過升高溫度或降低壓力，使被吸附的雜質(zhì)氣體從吸附劑表面脫附出來，從而實現(xiàn)吸附劑的再生和循環(huán)使用。

在一些電子制造企業(yè)中，吸附法被廣泛應(yīng)用于氬氣回收。這些企業(yè)在芯片制造等工藝過程中，會使用大量的氬氣，同時也會產(chǎn)生含有雜質(zhì)的廢氬氣。企業(yè)采用吸附法，利用分子篩作為吸附劑，對廢氬氣進(jìn)行處理。首先，將廢氬氣通入裝有分子篩的吸附塔，分子篩能夠..吸附其中的水分、氧氣等雜質(zhì)，而氬氣則順利通過吸附塔，被收集起來。當(dāng)分子篩吸附飽和后，通過升溫解吸的方式，將雜質(zhì)氣體脫附排出，使分子篩恢復(fù)吸附性能，繼續(xù)投入使用。這種方法不僅能夠有效地回收氬氣，還能..回收的氬氣純度滿足電子制造工藝的嚴(yán)格要求。

其他新興技術(shù)

隨著科技的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，一些新興的氬氣回收技術(shù)也在逐漸嶄露頭角，為氬氣回收領(lǐng)域帶來了新的思路和發(fā)展方向。其中，膜分離技術(shù)就是一種備受關(guān)注的新興技術(shù)。

膜分離技術(shù)的原理是利用特殊的高分子膜對不同氣體分子的滲透率差異來實現(xiàn)氣體的分離。這些高分子膜具有選擇性透過的特性，對于不同氣體分子的通過速度和難易程度各不相同。當(dāng)含有氬氣的混合氣體在一定壓力差的驅(qū)動下通過膜時，由于氬氣分子與其他雜質(zhì)氣體分子在膜中的滲透率不同，使得氬氣能夠優(yōu)先透過膜，從而實現(xiàn)與其他雜質(zhì)氣體的分離。

與傳統(tǒng)的低溫精餾法和吸附法相比，膜分離技術(shù)具有許多獨特的優(yōu)勢。首先，膜分離過程無需復(fù)雜的制冷設(shè)備和高壓設(shè)備，操作簡單，能耗較低，能夠有效降低運行成本。其次，膜分離設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，便于安裝和維護，特別適合空間有限的生產(chǎn)場所。此外，膜分離技術(shù)還具有響應(yīng)速度快、分離效率高、產(chǎn)品純度易于控制等優(yōu)點，能夠滿足不同用戶對氬氣回收的多樣化需求。

雖然膜分離技術(shù)目前在氬氣回收領(lǐng)域的應(yīng)用還相對較少，但其發(fā)展?jié)摿薮?。隨著膜材料和膜制備技術(shù)的不斷改進(jìn)和..，膜分離技術(shù)有望在未來成為氬氣回收的重要手段之一。除了膜分離技術(shù)外，還有一些其他的新興技術(shù)也在研究和開發(fā)中，如變壓吸附與膜分離耦合技術(shù)、新型吸附劑的研發(fā)等，這些技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和發(fā)展，將為氬氣回收技術(shù)的進(jìn)步注入新的活力。

經(jīng)濟賬本：回收帶來的效益

成本削減

氬氣回收帶來的經(jīng)濟效益是顯而易見的，尤其是在成本削減方面，為企業(yè)帶來了實實在在的好處。以雙良硅材料（包頭）有限公司為例，該公司的氬氣回收項目成效顯著。其 40GW 單晶硅項目規(guī)模龐大，在單晶硅生產(chǎn)過程中，氬氣作為保護氣體用量巨大。在未實施氬氣回收之前，公司每年需要采購大量的氬氣，采購成本高昂 。

然而，隨著 10500Nm3/h 氬氣回收裝置的成功試運行，情況發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)變。這套裝置主要包括氬氣回收車間、氫氣車間、氣柜裝置、循環(huán)水裝置、冷箱分餾及后備裝置等，占地面積約 13600m2 。經(jīng)過多次試驗，目前該裝置的回收效率、氣體純度均優(yōu)于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)后，每年可為公司節(jié)約氬氣費用約 2 億元。這一數(shù)據(jù)直觀地體現(xiàn)了氬氣回收對成本削減的巨大作用，使得公司在原材料采購方面的支出大幅減少，有效提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益 。

潛在經(jīng)濟效益

隨著氬氣回收技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用范圍的擴大，其潛在的經(jīng)濟效益也日益凸顯。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度來看，氬氣回收技術(shù)的進(jìn)步將帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展。

在設(shè)備制造領(lǐng)域，對氬氣回收設(shè)備的需求將持續(xù)增長。無論是低溫精餾設(shè)備、吸附設(shè)備還是新興的膜分離設(shè)備，其研發(fā)、生產(chǎn)和銷售都將形成一個龐大的產(chǎn)業(yè)體系。這將促進(jìn)設(shè)備制造企業(yè)加大研發(fā)投入，提高設(shè)備的性能和質(zhì)量，降低設(shè)備成本，同時也將創(chuàng)造更多的就業(yè)機會，推動上下游產(chǎn)業(yè)的共同發(fā)展。

在服務(wù)領(lǐng)域，專業(yè)的氬氣回收服務(wù)提供商將不斷涌現(xiàn)。這些企業(yè)將為各類工業(yè)企業(yè)提供定制化的氬氣回收解決方案，包括設(shè)備安裝、調(diào)試、維護以及氣體回收、提純等一站式服務(wù)。這種專業(yè)化的服務(wù)模式不僅能夠提高氬氣回收的效率和質(zhì)量，還將促進(jìn)服務(wù)行業(yè)的發(fā)展，形成新的經(jīng)濟增長點。

從市場拓展的角度來看，氬氣回收的潛在經(jīng)濟效益同樣巨大。隨著環(huán)保意識的不斷提高和資源節(jié)約理念的深入人心，越來越多的企業(yè)將認(rèn)識到氬氣回收的重要性和價值，從而加入到氬氣回收的行列中來。

這將進(jìn)一步擴大氬氣回收市場的規(guī)模，為相關(guān)企業(yè)提供更廣闊的市場空間。同時，隨著回收的氬氣數(shù)量不斷增加，企業(yè)可以將多余的高純度氬氣進(jìn)行銷售，開拓新的業(yè)務(wù)渠道，增加企業(yè)的收入來源。在一些對氬氣純度要求較高的領(lǐng)域，如電子半導(dǎo)體行業(yè)，回收的高純度氬氣完全可以滿足其生產(chǎn)需求，企業(yè)可以將回收的氬氣銷售給這些企業(yè)，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置和經(jīng)濟效益的..化。

此外，氬氣回收還有助于企業(yè)樹立良好的企業(yè)形象，增強企業(yè)的社會責(zé)任感。在當(dāng)今社會，企業(yè)的社會責(zé)任已經(jīng)成為影響企業(yè)發(fā)展的重要因素之一。積極參與氬氣回收等環(huán)保行動，不僅能夠為企業(yè)帶來直接的經(jīng)濟效益，還能夠提升企業(yè)的品牌價值和社會認(rèn)可度，為企業(yè)的長期發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

綠色足跡：環(huán)保意義深遠(yuǎn)

資源保護

氬氣在空氣中的含量僅約為 0.934%，是一種珍貴的稀有資源。它的制取過程相當(dāng)復(fù)雜，主要通過空氣分離技術(shù)，將空氣液化后，利用各氣體沸點的差異，經(jīng)過多次精餾和分離才能獲得高純度的氬氣。這一過程不僅需要消耗大量的能源，還對設(shè)備和技術(shù)要求極高 。

而氬氣回收則為保護這一稀有資源提供了有效途徑。通過回收再利用氬氣，企業(yè)可以顯著減少對從空氣中制取新氬氣的依賴。以半導(dǎo)體制造企業(yè)為例，假設(shè)一家企業(yè)每年原本需要消耗 1000 立方米的新制取氬氣，在實施氬氣回收后，若回收率能達(dá)到 80%，則每年只需采購 200 立方米的新氬氣，其余 800 立方米可通過回收獲得 。這大大降低了對空氣分離制取新氬氣的需求，從而減少了能源消耗和設(shè)備運行時間，延長了空氣分離設(shè)備的使用壽命，保護了氬氣這一稀有資源，使其能夠更長久地服務(wù)于工業(yè)生產(chǎn)和社會發(fā)展 。

減排效應(yīng)

氬氣回收在減少廢氣排放、改善空氣質(zhì)量以及助力溫室氣體減排方面發(fā)揮著積極而重要的作用。在傳統(tǒng)的氬氣使用過程中，大量未被充分利用的氬氣被直接排放到大氣中。這些排放的氬氣雖然本身對大氣環(huán)境沒有直接的污染危害，但與之相關(guān)的是，在氬氣的制取過程中，卻伴隨著大量的能源消耗和溫室氣體排放。

以空氣分離制取氬氣為例，這一過程通常需要消耗大量的電能和熱能。據(jù)統(tǒng)計，每制取 1 立方米的氬氣，大約需要消耗 5 - 8 度電以及一定量的熱能。這些能源的消耗主要源于空氣的壓縮、冷卻、精餾等多個環(huán)節(jié)。而在能源生產(chǎn)過程中，尤其是以煤炭、天然氣等化石能源為主的情況下，會產(chǎn)生大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物 。

通過實施氬氣回收，能夠有效減少新氬氣的制取量，進(jìn)而間接減少能源消耗和相關(guān)污染物的排放。以上述半導(dǎo)體制造企業(yè)為例，每年減少 800 立方米新氬氣的制取，按照每立方米制取消耗 6 度電計算，每年可減少 4800 度電的消耗。若這些電能原本由煤炭發(fā)電提供，根據(jù)煤炭發(fā)電每度電產(chǎn)生約 0.8 千克二氧化碳排放來估算，每年可減少約 3840 千克二氧化碳的排放 。這對于....氣候變化、降低溫室氣體排放具有重要意義。

此外，氬氣回收還可以減少其他有害氣體的排放。在氬氣使用過程中，可能會混入一些雜質(zhì)氣體，如氧氣、氮氣、水分以及微量的碳?xì)浠衔锏?。如果這些含有雜質(zhì)的氬氣未經(jīng)處理直接排放，可能會對局部空氣質(zhì)量產(chǎn)生一定影響。通過回收處理，不僅可以將氬氣提純再利用，還能有效去除這些雜質(zhì)氣體，避免它們進(jìn)大氣，從而有助于改善空氣質(zhì)量，保護生態(tài)環(huán)境。